新一代高速動車組基礎制動系統研究

史鵬　司麗　方培嫘　魏潤龍

摘要：基礎制動系統是動車組制動系統的重要組成部分。文章通過對新一代高速動車組基礎制動系統的分析，闡述了其結構特點、功能機理以及相關的檢查與維護工作。

關鍵詞：高速動車組；基礎制動系統；夾鉗單元；制動盤；閘片 文獻標識碼：A

中圖分類號：U279 文章編號：1009-2374（2015）17-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.008

1 概述

基礎制動系統是制動系統的重要組成部分，為使鐵道車輛安全運營，可靠性高的制動裝置是必不可少的。高速列車的制動系統與普通列車制動系統一樣，必須滿足安全可靠的基本要求，盡管高速列車的動力制動發揮著越來越大的作用力，但各國鐵路仍然規定，當動力制動失效時，機械制動必須保證高速列車能在規定的制動距離內停車，以確保行車安全。

新一代高速動車組是我國在引進消化吸收的國外動車組核心技術的基礎上，研制的具有完全自主知識產權的高速動車組?；A制動裝置采用內冷式盤形制動，在動力軸上設兩個輪裝制動盤，在非動力軸上設三個軸裝制動盤。輪裝制動盤和軸裝制動盤都采用特殊的鑄鋼制動盤，制動盤的結構應滿足自然冷卻的要求，能夠快速地將制動所產生的熱量散發出去，甚至在制動初速度為380km/h也能夠保證接觸和承受負荷均勻、性能穩定?？諝饩o急制動的摩擦系數滿足制動距離的設計要求，制動夾鉗單元具有閘片間隙自動調整功能，閘片的結構能保證與制動盤表面均勻接觸。

2 部件結構及功能

新一代高速動車組的基礎制動系統主要由制動盤、制動夾鉗單元（包括制動缸、制動杠桿、閘片托等）以及制動管路等組成。

2.1 制動盤

制動盤是基礎制動裝置的重要組件，制動盤的主要功能是將動能通過摩擦轉換為熱能，并消耗于大氣中。新一代高速動車組的制動盤分為輪裝制動盤和軸裝制動盤兩種。

2.1.1 輪裝制動盤。輪裝制動盤由兩個盤體（摩擦片）組成，這種摩擦片由一個具有相應厚度的摩擦環和散熱肋片組成。散熱肋片除了散熱外，還在摩擦片與車輪之間起著支撐的作用。

輪裝制動盤在制動時由于與制動閘片摩擦而發熱，通過車輪轉動時引起的氣流可以使其冷卻。空氣從制動盤與車輪隔片之間流過，通過徑向排布的散熱肋片將熱量排走。

2.1.2 軸裝制動盤。軸裝制動盤由帶澆鑄散熱肋片的摩擦片和輪轂組成。摩擦片厚度和散熱肋片大小的設計使得在制動時不會出現過熱現象。在設計摩擦片的同時，還考慮了最小整體重量的因素。橫置的散熱肋片將熱量導出，并同時保證摩擦帶上熱量均衡。

與傳統的徑向葉片式散熱肋片相比，摩擦環散熱通道中的橫置圓形散熱肋片所需的空氣流量較少，同時熱交換性能也更好，也就是說，流入空氣和流出空氣的溫差更大。

2.1.3 制動盤熱負荷要求。作為最可靠的制動手段，盤形制動是高速列車最基本的基礎制動方式，其制動能力的發揮主要取決于制動盤和閘片承受制動熱負荷的能力。制動時制動盤承受高溫載荷，制動功率達到極限，會出現熱裂紋，閘片的磨損也會大大加劇。閘片和制動盤磨耗的快慢，制動盤形成裂紋與裂紋擴展的速度都與閘片和制動盤的溫升有關。經過模擬計算以及線路型式試驗驗證，新一代高速動車組的制動盤表現出了以下優點：良好的機械性能，摩擦系數穩定，受熱均勻，制動盤表面未出現異常磨耗，也未發生緊固件松動等失效現象；良好的耐熱疲勞性能，制動盤表面未產生熱裂紋；良好的散熱性能，制動盤摩擦面最高溫度值始終沒有超過制動盤所允許的最高極限值，有利于提高制動盤的使用壽命。因此新一代高速動車組的制動盤符合高速列車對制動盤的要求。

2.2 制動夾鉗單元

制動夾鉗單元是制動系統的執行部件，通過與制動盤產生的摩擦力實現制動。新一代高速動車組共有4種夾鉗單元，即：動力軸有兩種夾鉗單元（二者除進氣口位置不同，其余均相同），非動力軸有一種不帶停放制動的夾鉗單元和一種帶停放制動的夾鉗單元。

制動夾鉗單元的結構和功能，主要考慮了以下設計理念：（1）不同磨耗下上閘時間一致——間隙調整裝置；（2）車輛需要長期停放——停放制動；（3）車輛無風壓——手緩解裝置；（4）閘片快速更換——絲杠復位機構。

制動夾鉗單元的主要組成部件有制動缸、制動杠桿和閘片托，制動夾鉗單元借助三點支承固定在車輛的轉向架上。

制動時，制動缸充風，將制動閘片托連同制動閘片壓在制動盤上，由此形成制動力。緩解時，制動缸排風，制動缸中的復位彈簧驅使制動夾鉗杠桿進入緩解

位置。

間隙調整裝置通過離合器的切換配合充分發揮了絲杠的特點，即：離合器閉合時候傳遞力，打開時候傳遞運動。通過絲杠直線運動和螺母旋轉的相互轉化進行間隙調整。

制動缸的單動間隙調節器在工作時不受因制動力而異的制動桿彈性延伸量的影響。在制動過程中，間隙調節器可快速自動地修正通過磨損而增大的制動盤和閘片之間的間隙。這樣在整個調節范圍內，制動盤和閘片的間隙不會擴大，使得在制動緩解時，正常運行所必需的間隙幾乎保持恒定。

2.3 停放制動夾鉗單元

停放制動夾鉗單元與不帶停放的制動夾鉗單元的顯著區別就是停放制動夾鉗單元有一個彈簧儲能缸，在執行停放制動時，彈簧儲能器排風，閘瓦借儲能彈簧的力壓在制動盤上。彈簧儲能器充風（制動緩解壓力），停放制動器緩解。儲能彈簧張緊時，制動桿被推入緩解

位置。

如果沒有緩解壓力，則可以借助機械緊急緩解裝置手動將彈簧儲能制動器緩解。手動緩解后，將喪失停放功能，除非再次充入總風壓力。

2.4 閘片

閘片摩擦塊的形狀、數量和排列方式的設計宗旨是確保制動盤溫度分布均勻。

新一代高速動車組的閘片由多個摩擦塊構成，這些摩擦塊通過靜態的力分布使制動盤上的表面壓力達到均衡，故稱為ISOBAR閘片。

ISOBAR閘片相對于標準燒結材料制動閘片來說，表面承壓加以改善，可減小制動盤出現裂紋的情況。以此使得盤式制動器的能量和功效顯著提高。ISOBAR閘片可以減少制動盤和螺栓25%的負荷。

3 檢查與維護

制動盤主要從緊固件、散熱筋、裂紋、磨耗等方面進行檢查與維護，如：（1）檢查散熱肋片是否臟污，必要時可用壓縮空氣清除；（2）查看螺母松動標志，如果出現松動現象，必須認真檢查，同時用扭矩扳手給予緊固，并做庫檢紀錄存檔。檢查螺母是否有裂紋，若有，必須進行更換；（3）若有裂紋，根據制動盤裂紋分類對制動盤提出不同的檢修要求；（4）根據制動盤磨耗情況對制動盤提出不同的檢修要求；（5）其他檢查還包括熱斑、溝槽劃痕等。

對于夾鉗單元，主要是檢查排風口是否暢通以及可運動部件的功能等。對閘片要重點檢查其磨耗情況，是否偏磨、裂紋；檢查閘片與制動盤的間隙，要在最小間隙處測量；檢查閘片卡簧磨損情況，是否有斷裂、脫落。如果閘片的缺陷無法修復，則需更換閘片。

4 結語

本文介紹了新一代高速動車組基礎制動系統的結構和功能，分析了制動盤的結構和熱負荷狀況，不帶停放制動夾鉗單元和帶停放制動夾鉗單元的工作機理，介紹了新一代高速動車組閘片的特點以及基礎制動裝置的相關檢查與維護工作，對了解新一代高速動車組基礎制動原理與維護具有重要意義。

參考文獻

[1] 李和平，林祜亭.高速列車基礎制動系統的設計研究[J].中國鐵道科學，2003，24（2）.

作者簡介：史鵬（1981-），男，唐山軌道客車有限責任公司工程師，研究方向：軌道車輛的檢修維護。

（責任編輯：周 瓊）